Summary

Construction d’un Hyperdrive tétrode multi amélioré pour un enregistrement neuronaux à grande échelle en comportement des Rats

Published: May 09, 2018
doi:

Summary

Nous présentons la construction d’un hyperdrive 3D-imprimable avec dix-huit tétrodes réglables indépendamment. L’hyperdrive est conçu pour enregistrer l’activité cérébrale en comportement librement des rats sur une période de plusieurs semaines.

Abstract

Surveiller les patrons d’activité d’une importante population de neurones au cours de plusieurs jours chez l’animal éveillé est une technique dans le domaine des neurosciences des systèmes. Un élément clé de cette technique consiste le positionnement précis des électrodes multiples dans les régions du cerveau désiré et le maintien de leur stabilité. Nous décrivons ici un protocole pour la construction d’un hyperdrive 3D-imprimable, qui comprend dix-huit tétrodes réglables séparément et qui est spécialement conçue pour in vivo enregistrement neuronal extracellulaire en comportement librement des rats. Les tétrodes attachés aux microdrives peuvent soit être individuellement avancés dans plusieurs régions du cerveau le long de la piste, ou peuvent être utilisés pour placer un tableau des électrodes dans une zone plus petite. Les tétrodes multiples permettent l’examen simultané d’action potentials de quelques dizaines de neurones individuels, ainsi que les potentiels de champs locaux de populations de neurones dans le cerveau au cours de comportement actif. En outre, la conception fournit pour la 3D plus simple rédaction des logiciels qui peuvent facilement être modifiés pour différents besoins expérimentaux.

Introduction

Dans le domaine des neurosciences des systèmes, les scientifiques étudient les corrélats neurones sous-tendant les processus cognitifs tels que la navigation spatiale, la mémoire et prise de décision. Pour ces types d’études, il est essentiel de surveiller l’activité de neurones individuels nombreux pendant le comportement animal. Ces dernières décennies, deux progrès importants ont été réalisés pour répondre aux besoins expérimentaux pour enregistrement neuronal extracellulaire en petits animaux1,2,3. Tout d’abord le Θlaboration de la tétrode, un faisceau de quatre microfils utilisé pour enregistrer l’activité neurale des neurones simultanément1,2,4. Les amplitudes de signal différentiel d’activité à travers les quatre canaux d’une tétrode permet l’isolement de l’activité de neurones individuels de plusieurs cellules simultanément enregistré5. En outre, la souplesse de la microfils permet une plus grande stabilité de la tétrode réduisant au minimum le déplacement relatif entre la tétrode et la population de cellules cibles. Tétrodes sont maintenant largement utilisés au lieu d’une seule électrode pour de nombreuses études de cerveau chez diverses espèces, y compris les rongeurs1,2,6, primates7et insectes8. Deuxièmement l’élaboration d’un hyperdrive transportait des tétrodes indépendamment mobiles multiples, qui permet le contrôle simultané de l’activité neuronale de plus grandes populations de neurones provenant de plusieurs emplacements d’enregistrement3, 9,10,11,12.

La disponibilité d’un appareil d’enregistrement multi-tétrode fiable et abordable pour les petits animaux est limitée. L’hyperdrive classique, initialement développé par Bruce McNaughton13, a été utilisée avec succès pour des enregistrements neurones en comportement librement des rats dans nombreux laboratoires dans les dernières deux décennies9,10,14, 15. Toutefois, pour des raisons techniques, les composants originaux nécessaires pour construire le lecteur McNaughton sont désormais très difficiles à obtenir et ne sont pas compatibles avec les interfaces d’acquisition de données récemment améliorée. L’autre conception bien acceptée d’hyperdrive nécessite les microdrives d’être individuellement à la main, qui pourrait donner des résultats incohérents et consomment beaucoup de temps,12. Afin d’enregistrer l’activité neurale provenant de diverses régions du cerveau chez les rats se comporter, nous avons développé un nouvel hyperdrive utilisant la technologie stéreolithographie. Nous avons cherché à satisfaire aux exigences suivantes : (1) l’hyperdrive nouvelle doit permettre un déplacement précis des tétrodes dans le cerveau et fournir enregistrement stable de plusieurs régions cibles ; (2) l’hyperdrive nouvelle doit être compatible avec le système quickclip magnétiques récemment mis au point pour permettre une connexion facile ; et (3) le nouveau hyperdrive peut être fidèlement reproduit avec des matériaux facilement disponibles. Ici, nous fournissons une technique pour la construction de l’hyperdrive 3D-imprimable contenant dix-huit tétrodes indépendamment mobiles, basées sur la conception de McNaughton. Dans le protocole, nous décrivons les détails du processus de fabrication de l’hyperdrive nouvelle, que nous avons utilisée avec succès à des potentiels d’action simples-neurone Records et potentiels de champs locaux du cortex entorhinal postrhinal et médial au cours des semaines dans un librement se comporter de rat au cours des tâches de recherche de nourriture naturelles.

Protocol

1. des modèles 3D, la stéréolithographie Techniques de stéreolithographie permet d’imprimer les hyperdrive pièces et accessoires. Chaque hyperdrive est composée de dix-huit navettes, dix-huit navette boulons et un chacun de toutes les autres pièces en plastique (Figure 1).Remarque : Les accessoires ne font pas partie de l’hyperdrive mais sont nécessaires pour la construction de l’hyperdrive. 2. préparation des accessoires (<strong…

Representative Results

Nous avons utilisé un hyperdrive nouvellement construite afin d’obtenir des résultats de l’étude. Le lecteur était équipé de tétrodes construits à partir d’ø 17 µm (0,0007″), fil enduit de polyimide platine iridié (90 % – 10 %). Les conseils des tétrodes ont été cultivées en platine noir solution pour réduire les impédances d’électrode à entre 100 et 200 kΩ à 1 kHz. L’hyperdrive fut implanté à 4,6 mm à gauche de la ligne médiane et 0,5 mm antérieure du …

Discussion

Nous décrivons ici le processus de construction d’un hyperdrive nouvellement développé composé de dix-huit tétrodes indépendamment mobiles. Le lecteur peut être construit de pièces abordables achetées dans de nombreux magasins de matériel disponibles, combinées avec les composants créés par stéreolithographie impression. L’hyperdrive peut être chroniquement implanté sur le crâne d’un rat à l’aide de procédures chirurgicales standards et est capable d’enregistrer l’activité neuronale extrac…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nous remercions le laboratoire Moser au Kavli Institute for neurosciences des systèmes et Centre Neural Computation, Norwegian University of Science and Technology, pour la chronique neural recensant des procédures chez le rat. Ce travail a été soutenu par les NIH grant NS098146 R21 et humaine Frontier Science programme à long terme bourse LT000211/2016-L à L. Lu.

Materials

Welding rod Blue Demon ER308L-035-01T Stainless steel, 0.035" in diameter
Screw McMaster 91771A060 Stainless steel, flat head, 0-80 thread, 5/8" in length
Screw McMaster 91772A051 Stainless steel, pan head, 0-80 thread, 5/32" in length
Screw McMaster 92196A056 Stainless steel, socket head, 0-80 thread, 5/16" in length
Screw McMaster 92196A055 Stainless steel, socket head, 0-80 thread, 1/4" in length
Screw McMaster 95868A131 Nylon,  socket head, 2-56 thread, 3/16" in length, black
Screw nut McMaster 90730A001 Stainless steel, narrow hex,  0-80 thread
Shoulder screw McMaster 90298A213 Stainless steel, 8-32 thread, 3/16" in diameter, 1/4" in length
Cup screw McMaster 92313A105 Stainless steel, 4-40 thread, 3/16" in length
Thumb screw McMaster 94323A592 Nylon, 8-32 thread, 3/8" in length, black
Magnet Apex M3X1MMDI Neodymium, 3 mm X 1 mm disc
Metal tubing Small Parts B00137QHNS Stainless steel, 23 gauge, 0.0253" OD, 0.013" ID, 0.006" wall
Metal tubing New England Small Tube Custom-made Stainless steel, 30 gauge, 0.012/0.0125" OD, 0.007/0.008" ID, full hard
Heat-shrink tubing McMaster 7856K72 0.09" ID before shrinking, blue
Silicone tubing A-M Systems 807300 0.040" ID, 0.085" OD
Polyimide tubing A-M Systems 823400 0.0045" ID, 0.0005" wall
Ground wire A-M Systems 791500 0.005" bare, 0.008" coated, half hard
Tetrode wire California Fine Wire Custom-made 0.0007" in diameter, platinum-iridium (90%-10%), HML and VG coating
EIB Neuralynx EIB-72-QC-Large
Gold pins Neuralynx large EIB pins
Tap Balax 01302-000 M1.2 thread size
Tap McMaster 2522A811 0-80 thread size, bottoming
Tap McMaster 2522A771 0-80 thread size, plug
Tap McMaster 26955A94 3/8"-24 thread size, bottoming
Tap McMaster 2522A713 2-56 thread size
Tap McMaster 2522A715 4-40 thread size
Tap McMaster 2522A718 8-32 thread size
Die McMaster 2576A457 3/8"-24 thread size, 1" OD
Drill bit McMaster 30585A82 Wire gauge 65, 0.035" in diameter
Drill bit McMaster 30585A83 Wire gauge 66, 0.033" in diameter
Drill bit McMaster 30585A87 Wire gauge 70, 0.028" in diameter
Drill bit McMaster 30585A88 Wire gauge 71, 0.026" in diameter
Drill bit McMaster 30585A91 Wire gauge 73, 0.024" in diameter
Drill bit McMaster 8870A23 3/16" in diameter
Dremel disc Wagner 31M Diamond coated, 22 mm in diameter, 0.17 mm in thickness
Steel wire Precision Brand 21212 0.012" in diameter, full hard
Steel wire Precision Brand 21007 0.007" in diameter, full hard
Steel wire A-M Systems 792700 0.003" in diameter, half hard
Super glue Loctite LT-40640 # 406
Super glue Loctite LT-41550 # 415
Dental acrylic powder  Teets 223-3773 Coral
Dental acrylic liquid Teets 223-4003

Referências

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Citar este artigo
Lu, L., Popeney, B., Dickman, J. D., Angelaki, D. E. Construction of an Improved Multi-Tetrode Hyperdrive for Large-Scale Neural Recording in Behaving Rats. J. Vis. Exp. (135), e57388, doi:10.3791/57388 (2018).

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